New hybrid automatic repeat request (HARQ) scheme for 4x4 MIMO system, based on the extended alamouti quasi-orthogonal space-time bloc coding (Q-STBC), in invariant and variant fading channel

A new Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) combining scheme for a 4x4 Multiple Input Multiple Output (MIMO) system in invariant and variant fading channel conditions is proposed and analized. Based on the Extended Alamouti Quasi-orthogonal Space-Time Block Coding (Q-STBC), the use of the so-called Alternative Matrices for transmission, depending on the Channel State Information (CSI) received as feedback, is compared to other existing solutions. Sign changes and permutations in the retransmission sequences allow reducing the interference while exploiting the spatial diversity to introduce some gain in the signal power. The best transmission order is selected by the Determinant Criterion, which optimizes the SNR in each receiver antenna to minimize the Bit Error Rate (BER) and maximize the throughput. Studying the performance of a priori different alternatives, both analytically and empirically, several equivalents are found. Finally, the simulation results show that the proposed scheme achieves an improvement for the case of an invariant channel, but not for the time varying model, where the Auto-Regressive of order 1 (AR-i) is chosen for simplicity

Étude et réalisation d'un système d'imagerie SAR exploitant des signaux et configurations de communication numérique

The work presented in this thesis focuses on the design and implementation of a SAR system operating with two Digital Communications technology: MIMO configuration and OFDM signals. In the first part of this study, various methods for focusing received signals for MIMO configuration are proposed in order to measure the impact of the MIMO configuration on the robustness. In addition, the impact of the MIMO configuration on the azimuth resolution is measured. Finally, an experimental system is developed in order to validate the results obtained by simulation. In the second part of this study, a range ambiguity suppression method is proposed and validated by simulation. However, the use of conventional chirp signals showed the limits of its use for the range ambiguity suppression. Thus, a design method of OFDM signals is developed in order to solve this problem. The last study on the OFDM signals is carried out in the context of its use with the MIMO configuration. The impact of the OFDM signals on the azimuth resolution and the imaging quality parameters are studied.Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude et la réalisation d'un système d'imagerie SAR (synthetic aperture radar) exploitant deux techniques provenant des communications numériques: la configuration MIMO et les signaux OFDM. Dans la première partie de cette étude, différentes méthodes de focalisation des signaux reçus pour la configuration MIMO sont proposées afin de mesurer l'impact de la configuration MIMO sur la robustesse du système d'imagerie SAR par rapport aux bruits. Par ailleurs, on mesure aussi l'impact de la configuration MIMO sur la résolution en azimut. Finalement, un système expérimental est développé au sein du laboratoire afin de confirmer les résultats obtenus par simulation. Dans la deuxième partie de cette étude, une méthode de réduction de l'ambiguïté en distance est proposée et validée par simulation. Cependant, l'utilisation de signaux classiques de type \textit{chirps} montre ses limites pour la réduction de l'ambiguïté en distance. Ainsi, une méthode de conception de signaux OFDM est développée afin de résoudre ce problème. Une dernière étude sur les signaux OFDM est mené dans le cadre de son utilisation dans la configuration MIMO pour l'imagerie SAR. L'impact des signaux OFDM sur la résolution azimutale ainsi que sur les différents paramètres de qualité images est étudié

Étude et réalisation d'un système d'imagerie SAR exploitant des signaux et configurations de communication numérique

The work presented in this thesis focuses on the design and implementation of a SAR system operating with two Digital Communications technology: MIMO configuration and OFDM signals. In the first part of this study, various methods for focusing received signals for MIMO configuration are proposed in order to measure the impact of the MIMO configuration on the robustness. In addition, the impact of the MIMO configuration on the azimuth resolution is measured. Finally, an experimental system is developed in order to validate the results obtained by simulation. In the second part of this study, a range ambiguity suppression method is proposed and validated by simulation. However, the use of conventional chirp signals showed the limits of its use for the range ambiguity suppression. Thus, a design method of OFDM signals is developed in order to solve this problem. The last study on the OFDM signals is carried out in the context of its use with the MIMO configuration. The impact of the OFDM signals on the azimuth resolution and the imaging quality parameters are studied.Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude et la réalisation d'un système d'imagerie SAR (synthetic aperture radar) exploitant deux techniques provenant des communications numériques: la configuration MIMO et les signaux OFDM. Dans la première partie de cette étude, différentes méthodes de focalisation des signaux reçus pour la configuration MIMO sont proposées afin de mesurer l'impact de la configuration MIMO sur la robustesse du système d'imagerie SAR par rapport aux bruits. Par ailleurs, on mesure aussi l'impact de la configuration MIMO sur la résolution en azimut. Finalement, un système expérimental est développé au sein du laboratoire afin de confirmer les résultats obtenus par simulation. Dans la deuxième partie de cette étude, une méthode de réduction de l'ambiguïté en distance est proposée et validée par simulation. Cependant, l'utilisation de signaux classiques de type \textit{chirps} montre ses limites pour la réduction de l'ambiguïté en distance. Ainsi, une méthode de conception de signaux OFDM est développée afin de résoudre ce problème. Une dernière étude sur les signaux OFDM est mené dans le cadre de son utilisation dans la configuration MIMO pour l'imagerie SAR. L'impact des signaux OFDM sur la résolution azimutale ainsi que sur les différents paramètres de qualité images est étudié

Contribution à l'estimation d'un canal radio mobile MIMO-OFDM utilisant les SVR

The performance of wireless communication systems is largely governed by the wireless channel environment. Usually, transmission that are carried out on mobile radio channel are selective in time and frequency. To overcome the channel selectivity and allow high transmission data rate, new approaches for synchronization, equalization and channelestimation are needed.The use of Support Vector Machines (SVMs) has shown several advantages in re-gression, prediction and estimation over some of the classical approaches due to its improved generalization capabilities. Moreover, the introduction of complex algebra in the SVM formulation can provide us with a more natural and flexible framework whendealing with complex symbols and constellations.The current thesis work focuses on the study and development of efficient channel estimation algorithms based on complex Support Vector Machines Regression (SVR) that are specifically adapted to pilot-aided OFDM (Orthogonal Frequency Division Mul-tiplexing) structure and applied to Long Term Evolution (LTE) downlink system. The mathematical model of the LTE mobile radio channel is described and simulated for various scenarios based on 3GPP specifications. According to this model, a nonlinear complex SVR is proposed for SISO-OFDM system. The principle of the proposed kernel-based learning algorithm is to exploit the information provided by the reference signals to estimate the channel frequency response. The proposed approach is based on two separate phases: learning phase and estimation phase. In learning phase, we estimate first the subchannels pilot symbols and in estimation phase, frequency responses of data subchannels are determined by means of SVM interpolation mechanism. In addition, a nonlinear complex Multiple Support Vector Machines Regression (M-SVR) algorithm adapted to MIMO (Multiple Input Multiple Output) architecture is proposed to esti-mate the multipath fading channel in MIMO-OFDM system with both STBC (Space Time Bloc Coding) and V-BLAST (Vertical Bell Laboratories layered Space Time) schemes.The feasibility of our approaches is confirmed by computer simulation results achieved for LTE downlink model. This experiments allow to analyze the performance of the SVR technique and the suitability of the ε-Huber cost function in the mobile radio multipath fading channel presenting non-Gaussian impulsive noise interfering with OFDM refer-ence symbols under high mobility conditions.La performance des systèmes de communication sans fils dépend largement des car-actéristiques du canal radio mobile. Généralement, la plupart des transmissions sontréalisés sur des canaux sans fils sélectifs en temps et en fréquence. Afin de surmonter lasélectivité du canal et permettre un débit de transmission de données élevé, de nouvellesapproches pour la synchronisation, l’égalisation et l’estimation de canaux sont néces-saires. L’utilisation des machines à vecteur support (SVM) a montré plusieurs avantagesdans les domaines de régression, estimation et prédiction par rapport à certaines ap-proches classiques grâce à ses capacités de généralisation. En outre, l’introduction del’algèbre complexe dans la formulation des SVMs a fourni un cadre plus souple et naturellorsqu’on traite des constellations et symboles complexes.Les travaux de recherche introduits dans cette thèse portent sur l’étude et le développe-ment des algorithmes d’estimation de canal efficaces et robustes basés sur les machinesà vecteur support pour la régression (SVR) particulièrement adaptés à la structureOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) avec des symboles pilotes. Cesalgorithmes seront ensuite appliqués à un système LTE (Long Term Evolution). Lemodèle mathématique du canal radio mobile LTE est décrit et simulé pour différentsscénarios basés sur les spécifications 3GPP. Selon ce modèle, l’estimateur SVR nonlinéaire complexe est proposé pour le système SISO-OFDM. Le principe de cet al-gorithme d’apprentissage basé sur les fonctions noyaux est d’exploiter les informa-tions fournies par les symboles pilotes pour estimer la réponse fréquentielle du canal.L’approche proposée repose sur deux phases distinctes: la phase d’apprentissage et laphase d’estimation. Dans la phase d’apprentissage, nous estimons d’abord les sous-canaux des symboles pilotes, puis dans la phase d’estimation, les réponses fréquentiellesdes sous-canaux de données seront déterminées par le mécanisme d’interpolation SVM.En outre, un algorithme non linéaire complexe basé sur les machines à vecteur supportpour la régression multiple (M-SVR ) adapté à l’architecture MIMO (Multiple InputMultiple Output) est proposé pour estimer le canal dans les systèmes MIMO-OFDMexploitant les techniques STBC (Space Time Bloc Coding) et V-BLAST (Vertical BellLaboratories layered Space Time). La faisabilité de nos approches est assistée pardes résultats de simulation obtenus pour le modèle LTE. Ces expériences permettentd’analyser les performances de la technique SVR et la pertinence de la fonction coûtε-Huber dans un canal radio mobile à trajets multiples présentant un bruit impulsionnelnon-Gaussian interférant avec les symboles pilots sous des conditions de haute mobilité

Feasibility of powerline communication on a three-phase cable between PWM inverter and motor for avionics applications

L’avion « plus électrique », voire « tout électrique », a pour objectif le remplacement des sources d’énergie hydraulique et pneumatique par des sources électriques. Ces modifications profondes conduisent à une augmentation de la puissance électrique totale nécessaire et à un accroissement des besoins de communication entre systèmes, impliquant des câbles et des connexions supplémentaires, avec des conséquences en termes de poids, de fiabilité et de maintenance. Pour diminuer le nombre de réseaux filaires dédiés aux communications numériques et pour augmenter la fiabilité de la liaison, une des solutions envisageables est l’utilisation des Courants Porteurs en Ligne (CPL), les câbles d’énergie servant de support à la transmission de l’information. Tout en conservant cet aspect avionique, l’objet de notre étude concerne la faisabilité d’une transmission CPL sur un câble de puissance triphasé reliant un convertisseur et un moteur. Dans un premier temps, les caractéristiques des fonctions de transfert ou gains d’insertion, mesurés sur un banc de test comprenant un moteur et un convertisseur, sont présentées. On a envisagé tout d’abord une communication utilisant simplement 2 fils de phase comme support physique, l’injection et la réception du signal étant réalisées au moyen de deux types de coupleur, capacitif ou inductif. On s’est intéressé ensuite à une transmission dite « MIMO » pour laquelle des signaux sont émis simultanément sur 2 paires de fils de phase et dans ce cas la matrice de transfert du canal a été caractérisée. Les mesures ont été effectuées initialement sur un réseau 3 fils placés à l’intérieur d’un bâtiment, avant d’être menées sur le câble triphasé de puissance reliant onduleur et moteur. Comme de nombreuses impulsions sont produites par les convertisseurs de puissance à Modulation à Largeur d’Impulsion (MLI), un effort particulier a été porté sur la caractérisation expérimentale de ces bruits et sur leurs paramètres statistiques. Cela a permis d’aboutir à un modèle de bruit qui sera une donnée d’entrée d’un logiciel simulant la liaison numérique entre un moteur et le convertisseur de puissance. Afin de lutter contre ce bruit impulsif, deux méthodes d’écrêtage de signaux et une méthode de suppression du bruit ont été étudiées. La simulation numérique de la transmission montre que la méthode de suppression de bruit précédée d’un écrêtage des signaux reçus est la méthode la plus performante, en offrant un gain de 6 dB en puissance d’émission par rapport une transmission sans traitement. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux performances du standard HomePlug AV dans ses deux modes, robuste (ROBO) et haut débit (AV), en présence du bruit impulsif. Enfin, les performances en termes de taux d’erreurs binaires (TEB) de la transmission MIMO sur les réseaux indoor et triphasé ont été présentées pour différents types de codage espace-temps (STBC) ou espace - fréquence (SFBC). On a montré que, pour un débit de 5 Mbits/s, une transmission dans le mode ROBO associé à la méthode MIMO-SFBC et une modulation QPSK, offrait un gain de diversité de 5 dB pour une liaison sur le câble triphasé convertisseur – moteur, tout en présentant l’avantage de ne pas nécessiter la connaissance du canal à l’émetteur.The objective of "More electric" or "all electric" aircrafts is to replace the hydraulic and pneumatic power by electric sources. However, these changes lead to the increase in the power consumption and the need of communication between systems. This comes at the cost of additional cables and connections with challenges in weight considerations, reliability and maintenance. A possible solution to overcome this problem is the use of powerline communication (PLC) by employing the power cables to support the transmission of information. The main objective of our work is the study of the feasibility of a transmission over a powerline cable connecting a three-phase power converter and motor in an avionic environment. First, the characteristics of the transfer function or insertion gains, measured on a test bench including a motor and an inverter are presented. We initiate our study by considering the case of single input single output (SISO) communication using two wires as physical media. The injection and the reception have been performed by two types of coupling, capacitive or inductive. Then, the study was extended to the case of multiple-input and multiple-output (MIMO) transmission in which signals are transmitted simultaneously on two pairs of wires. In this case, the transfer matrix of the channel has been characterized. The measurements were carried out in two environments: a 3 wires network placed inside a building and a three-phase cable connecting the power inverter and motor.Due to the impact of many pulses produced by Pulse Width Modulation (PWM) inverters, a special effort has been made on the experimental characterization of these pluses and their statistical parameters. This leads to develop a noise model used as an input to a software simulator. Clipping methods and a noise suppression method were studied in order to reduce the effect of impulsive noise. The simulation showed that the transmission using a noise suppression technique preceded by a clip of the received signals is the most efficient, providing a gain of 6 dB compared to a transmission without treatment. Then we were interested in the performance of the HomePlug AV standard in both modes, robust (ROBO) and broadband (AV) in the presence of impulsive noise.Finally, performance in terms of bit error rate (BER) of the MIMO transmission on indoor networks and on a three phase power cable was presented for different types of space-time bloc coding (STBC) and space frequency bloc coding (SFBC). It has been shown that, for a rate of 5 Mbit/s, transmission over the three phase cable in the ROBO mode associated with the SFBC method and MIMO-QPSK modulation, offered a diversity gain of 5 dB without prior channel knowledge at the transmitter